ДОКЛАД

1. ДОКЛАД Компенсация реактивной мощности у крупных потребителей электрической энергии (технические средства и решения) КАРЫМОВ Р.Р. к.т.н, доцент Московского энергетического института, ТЕХНИЧЕСКИЙ ДИРЕКТОР ООО «ЭЛЕКТРОСЕТЕВЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ» Казань, март, 2008 г. Казань, март, 2008 г.

2. 1. ООО «Электросетевые компенсаторы» основано в 2006 г 2. Основные направления деятельности: • - анализ режимов напряжения и реактивной мощности в межсистемных и распределительных электрических сетях; • - разработка комплексных технических решений по стабилизации напряжения и повышению пропускной способности передачи электроэнергии на участках: генерация – межсистемная сеть –распределительная сеть – потребитель; • - разработка рекомендаций по нормативной базе обеспечения комплексных технических решений в современных хозяйственно-экономических условиях; • инжиниринг проектов по оснащению электропередач и сетевых районов источниками реактивной мощности «под ключ». • 3. Стратегическими партнерами компании являются: • Запорожский трансформаторный завод (Украина), Nokian Capacitors (Финляндия), Всероссийский электротехнический институт, Московский энергетический институт (Россия). Казань, март, 2008 г.

3. Хс ТТ ТН Uc ~ Ток фазы УШР КБ Напряжение фазы Сигнал рассогласования 1. УШР – плавнорегулируемые индуктивные сопротивления, управляемые изменением насыщенности магнитной цепи. УПРАВЛЯЕМЫЙ ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ ШУНТИРУЮЩИЙ РЕАКТОР (УШР) 2. Применение УШР целесообразно в электрической сети с переменным графиком нагрузки вместо нерегулируемых или ступенчато регулируемых реакторов. 3. Совместно с батареями конденсаторов УШР выполняют функцию синхронных или статических тиристорных компенсаторов. 4. Структурная схема: 5. Основная регулировочная характеристика: Казань, март, 2008 г.

4. ico Uco Uу iу Ф Ф2 Фs - Фs Принцип действия Принципиальная Характерные режимы: схема фазы: I II III I Ток фазы Iсo Ток управления Iу Напряжение фазы Uco Напряжение управления Uу Магнитные потоки Ф, Ф2 Uу = (0,01…0,03)Uсo τ = (0,1…1)с iω Казань, март, 2008 г.

5. 1.Регулируется автоматически или с помощью оператора значение потребляемой мощности в диапазоне от 0,01 до 1,2 номинальной с неограниченным ресурсом возможных изменений. 2. Гарантированная скорость плавного изменения мощности от одного установившегося значения к другому 0,30,5 с. 3. Действующее значение тока искажения, потребляемого из сети, во всем диапазоне регулирования не более 5% от номинального тока основной гармоники. 4. Сохранение работоспособности в несимметричном и неполнофазном режимах. 5. Быстрый, не более чем за 0,02 с, переход из любого текущего значения в режим повышенного потребления мощности, с последующим возвратом в исходное состояние. 6. Корректировка формы потребляемого тока с уменьшением тока искажения до 2 % от номинального значения основной гармоники. 7. Отбор мощности на стороне низкого напряжения. Технические требования к УШР 110-500 кВ (РАО ЕЭС России) ТТ УШР ОСНОВНЫЕ: ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ: Казань, март, 2008 г.

6. Технико-экономические показатели УШР 11 1. Основные технико-экономические показатели УШР серии РТУ 110 – 500 кВ: • удельная полная масса 1,5 – 3 кг/КВАр; • удельные потери: холостого хода 0,5 – 1,0 Вт/КВАр; номинальные 4 – 8 Вт/КВАр. 2. Эксплуатационные показатели: • полностью автоматический режим эксплуатации; - издержки эксплуатации, надежность, текущее обслуживание аналогично обычным шунтирующим реакторам. 3. Функциональные показатели: • в полном объеме выполняют функции обычных шунтирующих реакторов, ступенчато регулируемых реакторов, тиристорно-реакторных групп; • в сочетании с батареями конденсаторов выполняют функции синхронных или тиристорных компенсаторов. Казань, март, 2008 г.

7. Трехфазный управляемый реактор 25 Мвар, 110 кВ на п/ст «Кудымкар», РФ 1999 год. УШР 25/110 Назначение: Стабилизация напряженияв точке подключения и оптимизацияперетоков реактивной мощности в прилегающей сети (подключен в параллель с ШКБ 42 Мвар). Основные технические данные: • Номинальное напряжение 121 кВ • Номинальная мощность 25 Мвар • Диапазон изменения мощности0,25÷30 МВАр • Время изменения мощности 2,0 с • Потери: - холостого хода 25 кВт - номинальные 175 кВт • Мощность управления 160 КВА • Высшие гармоники в токе < 4% • Полная масса 69 т Заключение Заказчика (решение выездного семинара РАО «ЕЭСРоссии» на месте установки): 1.Колебания напряжения ограничены до ±1,5%. 2. В часы максимума нагрузки потери энергии в прилегающей сети снижены на 2,5 МВт. 3. За счет повышения пропускной способности транзита, строительство дополнительной линии 220 кВ отнесенона 10-15 лет. Казань, март, 2008 г.

8. Трехфазные управляемые реакторы 25/110, с БСК 54/110 на ПС «Катыльгинская», «Двуреченская» и «Игольская», РФ 2004 г. Назначение: Стабилизация напряженияв точке подключения и оптимизацияперетоков реактивной мощности в прилегающей сети (подключены в параллель с ШКБ 54 МВАр). • Основные технические данные: • Номинальное напряжение 121 кВ • Номинальная мощность УШР 25 МВАр • Номинальная мощность БСК54 МВАр • 4.Диапазон изменения мощности0,25÷30 МВАр • 5.Потери: • - холостого хода 25 кВт • - номинальные 200 кВт • Мощность управления 160 КВА • Высшие гармоники в токе < 4% • Полная масса 69 т Заключение Заказчика: 1. На 50% увеличена пропускная способность сети электроснабжения нефтяных приисков. 2. На 20% снижены удельные потери электроэнергии. 3. Колебания напряжения в точках подключения реакторов и прилегающей сети ограничены до ± 1,5% от заданной уставки. Казань, март, 2008 г.

9. Эффективность применения УШР с ШБК ОПЫТ применения компенсирующих устройств на ПС-110кВ. «Игольская» и «Двуреченская» для электроснабжения нефтяных месторождений ОАО «Томскнефть» (Октябрь 2004г.- март2005г.) 1. К исходу 2003года на нефтяных месторождениях Южного Васюгана ОАО «Томскнефть» возникла кризисная ситуация. Пропускная способность электропередачи 110кВ «Парабель-Лугинецкая-Игольская-Крапивинская» была исчерпана, а уровни напряжения на ПС-110 «Крапивинская» не превышали 85% номинального. 2. И только в августе-октябре 2004года после ввода на ПС-110 «Игольская» батареи статических конденсаторов (БСК) 23МВАР, управляемого шунтирующего реактора (УШР) 25МВАР и ПС-110 «Двуреченская» с БСК-23 и УШР-25 ситуация изменилась коренным образом в лучшую сторону. Пропускная способность выросла на 30-50% , уровни напряжения достигли 105-110% номинального и могут регулироваться в широком диапазоне в зависимости от режимов. 3. Даже непродолжительный период эксплуатации реакторов РТУ- 25000/110-У1 позволяет отметить, что реакторы совместно с батареями статических конденсаторов: 1.Обеспечивают оптимальные потоки реактивной мощности позволяющие довести передаваемую мощность до предельно допустимой по сечению проводов. По состоянию нагрузок на март 2005г обеспечивается 100% взаимное резервирование эл.нагрузок электропередачи «Парабель - Двуреченская - Чапаевка»(Таблица 3). Необходимость перевода региона на напряжение 220кВ потеряло свою актуальность. 2.Снижают потери активной мощности в проводах ВЛ-110кВ. При нагрузке 72МВт потери составляют 7,5МВт против 11,9МВт, в том числе в сетях ООО «ЭнергонефтьТомск» 1.8МВт против 2.9МВт. 3. Обеспечивают плавную автоматическую стабилизацию заданных уровней напряжения в установившихся режимах, при сокращении числа коммутаций БСК и РПН в десятки раз. Главный энергетик ЗАО «ЮКОС-ЭП» В.В.Садовой 225 km 350km Казань, март, 2008 г.

10. Суточный график работы УШР 25/110 п/ст «Кудымкар» Автоматический режим работы ИРМ Напряжение Ток Казань, март, 2008 г.

11. Пример переходного процесса Переходные процессы в управляемом реакторе 25 МВА, 110 кВ и батареях конденсаторов 23 МВА, 110 кВ на ПС «Игольская» при удаленном КЗ на ПС «Парабель» (расстояние около 350 км). 1 2 3 4 5 6 7 1 – напряжение шин 110 кВ ПС «Игольская» фаза «С». 2, 3, 4 – токи фаз батареи конденсаторов 23 МВА, 110 кВ. 5,6,7 – токи фаз управляемого реактора 25 МВА, 110 кВ. Казань, март, 2008 г.

12. СХЕМЫ ИРМ НА БАЗЕ УШР СО – сетевая обмотка реактора; КО – компенсационная обмотка (напряжение 11 кВ); ОУ – обмотка управления (11-38,5 кВ); ПП – полупроводниковый преобразователь. ИРМ на базе УШР и конденсаторной батареи, коммутируемой выключателем В2 (рекомендуется для напряжений до 220 кВ). Достоинством этого технического решения является то, что количество секций конденсаторной батареи может быть любым и зависит от потребности в выдаче реактивной мощности в точке подключения реактора. Казань, март, 2008 г.

13. ИРМ на базе УШР и конденсаторной батареи, подключенной к компенсационной обмотке реактора и коммутируемой выключателем В2. Позволяет регулировать реактивную мощность в диапазоне от – 100% до + 100%. Рекомендуется для сетей с напряжением 110-500 кВ. Казань, март, 2008 г.

14. ИРМ на базе УШР и некоммутируемой конденсаторной батареи, подключенной к обмотке управления. Позволяет плавно регулировать реактивную мощность в диапазоне от – 40% до + 100%. Рекомендуется для сетей с напряжением 110-500 кВ. Казань, март, 2008 г.

15. Проведенные на физической модели МЭИ исследования показали работоспособность всех трех вариантов предлагаемого устройства. При работе в распределительных сетях ИРМ на базе УШР позволяют: • обеспечить значительное увеличение пропускной способности линии электропередачи по условию апериодической статической устойчивости; • поддерживать напряжение в узком диапазоне при изменении в широких пределах мощности нагрузки; • снизить потери активной мощности в линии за счет уменьшения передаваемой по ней реактивной мощности в режимах больших нагрузок; • существенно снизить отклонение напряжения при колебаниях нагрузки, а при набросе нагрузки и при коротком замыкании еще и предотвратить нарушение устойчивости асинхронной нагрузки; • существенно сократить время пуска мощного асинхронного двигателя и обеспечить нормальный уровень напряжения после пуска. Казань, март, 2008 г.

16. Автоматизированный ИРМ-110/25/25 на ПС «Звездная» (ПС «Сугмутская-2»), РФ 2007г. 110кВ 4 5 ТН ТТ 1 2 САУ(АСТАН) 3 1 – УШР 25/110; 2 - БСК 25/110; 3 - САУ (АСТАН); 4 - Выключатель 110 кВ. 5 – Разъединитель 110 кВ • Основные технические данные: • Номинальное напряжение 121 кВ • Номинальная мощность 25 Мвар • Диапазон изменения мощности ± 25 Мвар Казань, март, 2008 г.

17. ИРМ-110/50/25 ИРМ-110/25/25 110кВ 4 ТН ТТ 1 2 5 ~0,4 кВ 2,5кВт ± 250 В; 1000 Вт (300Вт)* ~ 220 В; 1000Вт (500Вт)* САУ(ИРМ) 3 110кВ 4 4 ТН ТТ 1 2 5 ~0,4 кВ 2,5кВт САУ(ИРМ) 3 ± 250 В; 1000 Вт ~ 220 В; 1000Вт Управляемые источники реактивной мощности на базе УШР и БСК 1 – УШР 25/110; 2 - БСК 25/110; 3 - САУ (ИРМ); 4 - Выключатель 110 кВ; 5 - Выключатель 0,4 кВ * - Вскобках указано значение для автоматизированных систем 1 – УШР 25/110; 2 - БСК 25/110; 3 - САУ (ИРМ); 4 - Выключатель 110 кВ; 5 - Выключатель 0,4 кВ Казань, март, 2008 г.

18. 110кВ 4 4 ТН ТТ 1 2 5 ~0,4 кВ 2,5кВт САУ(ИРМ) 3 ± 250 В; 1000 Вт ~ 220 В; 1000Вт Автоматический ИРМ-110/50/25 на ПП 110 кВ «Таврическая», РФ, 2008г. 1 – УШР 25/110; 2 - БСК 25/110; 3 - САУ (ИРМ); 4 - Выключатель 110 кВ; 5 - Выключатель 0,4 кВ • Основные технические данные: • Номинальное напряжение 121 кВ • Номинальная мощность 50 Мвар • Диапазон изменения мощности от -25 до +50 Мвар Казань, март, 2008 г.

19. Суточный график изменения напряжения до ввода ИРМ-110/50/25 Казань, март, 2008 г.

20. Суточный график изменения напряжения после ввода ИРМ-110/50/25 Казань, март, 2008 г.

21. Казань, март, 2008 г.

22. Изменения параметров сети до и после ввода в работу ИРМ-110/50/25 на ПП 110 кВ «Таврическая» • 1. Увеличено напряжение на ПП Таврическая и прилегающем узле на 4,5% и снижены колебаний напряжения 8,7раз. • 2. Снижена загрузка: • 2.1 автотрансформаторов на: • ПС Кирилловская по полному току на 3,2% • по реактивной мощности 9,2% • ПС Прогресс по полному току на 2,2% • по реактивной мощности 20% • 2.2 питающих линий: • ВJI -110 Кирилловская - Айка по полному току на 12% • по реактивной мощности 37% • BJI - 110 Инга – Таврическая по полному току на 7% • по реактивной мощности 33% • ВЛ -110 Прогресс – Таврическая по полному току на 6,5% • по реактивной мощности 35% • ВЛ - 110 Прогресс – Фотон по полному току на 6,6% • по реактивной мощности 42% Казань, март, 2008 г.

23. Технические решения по схемам компенсации реактивной мощности на границе балансового раздела «сеть-потребитель» Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Казань, март, 2008 г.

24. Источники реактивной мощности в распределительной сети 110 кВ Принципиальная схема подключения ИРМ к двухтрансформаторной подстанции 110 кВ. Функциональное назначение оборудования БСК(ФКУ)35, 6 - снижение реактивной составляющей тока трансформаторов (вплоть до полной компенсации). БСК 110 - повышение напряже-ния узла нагрузки (вплоть до наиболь-шего рабочего). Повышение пропускной способности сети по усло-виям предель- но допустимого рабочего тока и напряжения. Автоматическая стабилизация напряжения узла нагрузки по заданной уставке в нормальных, ремонтных, аварийных и послеаварийных режимах. УШР 110 - Плавное регулирование напряжения узла нагрузки в пределах допустимого рабочего диапазона. Казань, март, 2008 г.